双频间隔多波长布里渊-铒光纤激光器，具有三个输出端口

时间：2026年1月29日

来源：Optical Fiber Technology

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多波长布里渊-铒光纤激光器实验研究中，提出三输出端口双布里渊频移结构，优化腔长（10km）、泵浦功率等参数后，三个端口分别输出12/11/9个偶/奇阶斯托克斯线，平均OSNR达24dB，波长调谐范围超15nm（第一端口31nm），为DWDM通信和光纤传感提供稳定光源。

徐荣辉|方启瑞|黄玉迪|胡俊辉

中国桂林电子科技大学光电工程学院光电子信息处理广西重点实验室，桂林541004

摘要

我们提出并实验验证了一种具有三个输出端口和双布里渊频率间隔的多波长布里渊铒光纤激光器（MBEFL）。通过使用四端口光环行器（CIR）和三圈单模光纤（SMF），实现了三端口输出MBEFL。这三圈SMF通过三个3 dB光纤耦合器（OC1/OC2/OC3）形成三个激光腔，并作为布里渊增益介质。在三个激光腔中分别设置了三个EDFA模块，以提供双向光放大。为了优化配置，我们系统地研究了三个腔体长度、腔内三个EDFA模块的980 nm泵浦功率以及布里渊泵浦（BP）功率对MBEFL输出的影响。研究结果表明，10 km长的SMF是更优化的激光腔长度，BP功率和三个EDFA的980 nm泵浦功率对MBEFL输出的数量和稳定性有显著影响。当使用15 mW的BP、455 mW的Pump1、450 mW的Pump2和36 mW的Pump3时，三个输出端口产生了高质量的多波长布里渊斯托克斯光。实验中，在三个输出端口同时观察到了十二个偶数斯托克斯光、十一个奇数斯托克斯光和九个偶数斯托克斯光，所有三个输出端口的平均光信噪比（OSNR）约为24 dB。通过改变BP光的波长可以实现MBEFL的波长调谐，在优化配置下，所有三个输出端的波长调谐范围均超过15 nm，其中第一个输出端的调谐范围超过31 nm。这种稳定且可调谐范围广的MBEFL在密集波分复用（DWDM）光通信、光纤传感器及相关领域具有重大应用潜力。

引言

MBEFL结构简单，是一种具有极窄线宽[1]、[2]、固定频率间隔[3]、频率稳定性[4]、低强度噪声[5]、低阈值功率[6]和宽可调谐范围[7]的高相干光源。由于其广泛的应用潜力，MBEFL受到了越来越多的关注，例如光纤传感网络[8]、[9]、[10]、波分复用（WDM）[11]、光谱分析[12]、微波或毫米波信号的光学生成和信号处理[13]、[14]、光通信[15]等。

在大多数MBEFL中，相邻斯托克斯线之间的频率间隔约为10 GHz（或等效地，波长为0.08 nm），因为典型石英光纤中的固有布里渊频率移动约为10 GHz。这种狭窄的频率间隔限制了这类MBEFL的实际应用。因此，研究人员致力于生成具有双布里渊频率间隔（20 GHz）的多波长激光器。2011年，有一种结构被报道可以生成十个波长间隔为0.174 nm的输出通道。这些通道可以在1556–1564 nm范围内调谐，并显示出最低30 dB的OSNR和最大±0.5 dB的功率波动[16]。为了使用可调谐滤波器扩展MBEFL的波长调谐范围，后续研究展示了一种C + L波段的MBEFL，其波长间隔为0.174 nm[17]。这种激光器的波长调谐范围超过了80 nm。增加输出斯托克斯线的数量可以扩大MBEFL的应用场景。为此，Gan等人[18]研究了使用四波混频（FWM）和可调谐光带通滤波器（TOBPF）来增强双布里渊频率间隔（20 GHz）的斯托克斯线的生成。TOBPF用于抑制多波长激光器中的噪声背景，同时限制激光器的峰值衰减。他们基于这种方法实现的MBEFL生成了多达18个斯托克斯线。使用短光纤可以减小MBEFL的尺寸和重量，提高其便携性。在此基础上，研究人员成功开发并测试了一种具有八字形腔体的双布里渊频率间隔MBEFL[19]。这种激光器使用2 km长的高非线性光纤（HNLF）作为增益介质，实现了双频率间隔，并生成了15个斯托克斯线。2025年，Pedruzzi等人首次报道了一种仅利用布里渊增益的多波长布里渊光纤激光器，无需额外的有源放大介质[20]。该激光器主要由25 km的非零色散位移光纤（NZDSF）和窄线宽激光源（1 kHz）组成，在半开环、双环和双频率间隔配置下分别生成了六个、七个和两个斯托克斯线。上述所有设备都只有一个输出端口。为了扩大这类激光器在通信、传感等领域的应用，研究人员还提出了具有多个输出端口的结构[21]、[22]、[23]、[24]、[25]。其中，报道了一种共享腔体的MBEFL方案[21]。其腔体由两个金属涂层法布里-珀罗镜（FPM）和一个萨格纳克反射器组成，分别在0.16 nm（20 GHz）的间隔下输出三个偶数阶和三个奇数阶斯托克斯线。同年，Ahmad等人使用双腔L波段MBEFL实现了约1600 nm的多波长输出[22]。这种激光器在两个输出端口同时生成了五个斯托克斯线，波长间隔为22 GHz，并展示了超过10 nm的宽调谐范围。参考文献[23]使用双腔结构激发了双布里渊频率间隔的MBEFL。在共享的0.49 km短SMF内，两个腔体分别激发了五个奇数阶和五个偶数阶斯托克斯线。Li等人成功演示了一种简单的环形腔体MBEFL，用于生成双布里渊频率间隔的多波长输出[24]。基于反向传播方向，这种激光器分离了12个偶数阶和11个奇数阶斯托克斯线。最后，使用7.7 km的色散补偿光纤（DCF）同时作为布里渊和拉曼增益介质，参考文献[25]在单个环形腔体内成功实现了双线间隔（0.155 nm）的多波长布里渊-拉曼光纤激光器（MBRFL）。这种MBRFL具有两个输出端口，分别用于输出偶数阶和奇数阶斯托克斯线，生成的奇数阶斯托克斯线显示出相对较高的OSNR值。

据我们所知，多输出端口的MBEFL，特别是具有三个输出端口的MBEFL，在迄今为止的研究中仅有少数报道[26]、[27]。在这项工作中，我们提出并实验验证了一种具有22 GHz（≈0.176 nm）频率间隔的MBEFL结构，能够在所有三个端口同时输出奇数阶和偶数阶斯托克斯线。我们系统地研究了各种配置下的多波长特性，考察了布里渊泵浦功率和980 nm泵浦功率对输出性能的影响。通过实验分析，我们确定了这些参数与三端口输出之间的相关性，并最终确定了在我们的实验条件下的最佳配置及其对应的输出参数。在这种优化配置下，严格评估了输出的稳定性。此外，我们还表征了MBEFL的波长可调谐性，并量化了所有三个端口可实现的调谐范围。由于其稳定性和更宽的通道间隔，这种MBEFL在DWDM光通信系统、微波光子生成和光纤传感器等领域具有重大应用潜力。

实验装置和原理

所提出的MBEFL的实验装置如图1所示。一个窄线宽可调激光源（型号LSM-TL50-C，天津OPEAK科技有限公司生产，波长可调范围为1529.550 nm至1561.01 nm，最大输出功率为15 mW，激光线宽为3 MHz）作为布里渊泵浦。三段SMF（SMF1、SMF2、SMF3）作为布里渊增益介质。为了在光路径中提供双向线性放大，使用了三个EDFA

结果与讨论

为了使BP波长与激光腔模式匹配，我们首先在没有BP注入的情况下使用OSA表征了自由运行的激光腔模式光谱。所有三个980 nm泵浦功率均固定为250 mW。腔模式的光谱分布强烈依赖于激光腔和EDF的长度。通过系统优化，选择了一个4 m长的EDF来提供线性增益，将主导模式限制在C波段（1530–1565 nm）内。此外，还研究了三个SMF的长度